全球变化背景下的植物物候模型研究进展与展望

植物物候学是研究自然界的植物(包括农作物)和环境条件(气候、水文、土壤等条件)的周期性变化之间相互关系的科学.植物物候不仅通过物种间的物候适应度差异影响生态系统结构和功能,还可以通过改变植被冠层与近地面大气之间的碳、水和能量交换影响局地天气和气候系统.因此,准确模拟植物物候期对于理解生态系统对气候变化的响应,以及模拟陆地生态系统碳、水和能量平衡具有重要的意义.全球变化背景下物候学研究取得蓬勃发展,但物候模型研究相对滞后.物候模型模拟结果的不准确,已成为全球陆面模式模拟陆地生态系统碳、水循环准确性的重要限制因素.基于新的实验手段,明确物候响应气候变化机制,构建基于过程的植物物候模型,已成为全球变化生态学领域重要的前沿问题.文章首先综述了不同环境因子对植物物候的影响,回顾了植物模型发展历史,指出了气候变化背景下的植物物候模型所面临的挑战,探讨了结合机器学习和贝叶斯等数学方法的物候模型优化思路,以提高物候模型在全球变化背景下物候模拟和预测的准确性.     

1980s以来巢湖藻华物候时空变化遥感分析

蓝藻水华暴发时间变化一定程度上表征了藻华物候特征,研究藻华物候变化可为湖泊水环境健康问题治理和缓解水生生态系统环境退化提供科学依据。以往巢湖蓝藻水华遥感监测主要基于2000年以来的MODIS卫星数据,限制了对巢湖蓝藻水华暴发时空变化过程的理解。本文利用Landsat扩展时间序列,联合MODIS数据,基于浮游藻类指数和阈值分割技术提取巢湖蓝藻水华,在评估二者藻华提取结果一致性的基础上,获取并分析了巢湖1987-2020年蓝藻水华暴发物候的规律及影响因子。结果表明：(1) 2000年前,巢湖蓝藻水华暴发规模较小,2000年后面积显著上升,大面积蓝藻水华出现频繁,2011年达到最高峰(608.4 km²);(2)1987-2020年间,巢湖蓝藻水华暴发可以分为3个阶段：(1)1987-2004年,巢湖蓝藻水华年暴发开始时间显著提前,暴发持续时间显著增加;(2)2005-2010年,藻华年暴发开始时间显著延迟,但暴发持续时间变化不显著;(3)2011-2020年,巢湖藻华暴发开始、结束和持续时间呈现年际波动,年暴发开始时间、结束时间和持续时间有所提前,但不显著;(3)巢湖...     

1965～2005年西北太平洋边缘海区海面变化记录的ENSO信号及其时空分异特征

海面变化记录中隐含着全球和区域变化的重要信息,对这些信号的分离、提取并揭示其变化特征,是深入理解海面变化机制的前提和基础.基于西北太平洋边缘海区10个验潮站1965～2005年月均验潮序列,利用二阶统计量盲源识别（SOBI）方法进行信号分离,结合EMD方法提取海面变化记录中ENSO信号,进而应用小波分析方法探讨了ENSO信号的时空分异特征.结果表明：各站位验潮序列记录了不同类型、不同强度ENSO事件,并表现出显著的时空分异特征,低纬海面对ENSO的响应明显较中高纬强烈;受洋流、地形等要素影响,海面变化对ENSO事件的记录存在型变;海面变化同样揭示了ENSO事件的尺度变化特征,自20世纪80年代以来,坎门以南各站位对ENSO的响应显著增强,其尺度从4年左右逐渐扩展到2～8年,反映了ENSO强度及频率的变化;海面变化记录的强ENSO事件发生前后,在特定尺度上出现相位的反向变化,支持了强ENSO事件的发生可能与尺度间相互耦合与叠加有关的研究结论.     

气候变化条件下东北地区多年冻土变化预测

东北多年冻土（除非指明是季节冻土,以下将多年冻土简称冻土）是中国第二大冻土分布区,主要发育＂兴安-贝加尔型＂冻土.由于处在欧亚大陆冻土区南缘,冻土的热稳定性差,寒区生态的敏感性强.在气候变暖条件下,冻土已经和正在发生着＂三向＂退化.为预测冻土南界和地温变化,根据47个气象站资料并在SHAW模型对植被影响地表温度修正的基础上,建立了冻土地表温度分布的等效纬度模型.结合非稳态热传导模型的有限元数值计算,以多模型结合的方法,进一步计算和分析了目前、50年和100年后冻土地温分区变化.结果表明,在目前地表温度为1.5℃范围,仍可残留冻土.以0.048℃a-1气温递增速率,在目前地表温度为0.5℃和-0.5℃的区域,50年和100年后各自仍有可能存在冻土;冻土面积将由现在的2.57×105 km2各自减至1.84×105和1.29×105 km2,分别减少28.4%和49.8%,且东部退化幅度大于西部.同时,区域地温升高,冻土厚度减薄;稳定型（年平均地温Tcp≤-1.0℃）冻土面积逐渐减小,将由现在的1.07×105 km2分别减少至8.8×104 km2（50年后）和5.6×104 km2（100年后）.相应地,不稳定型（Tcp〉-1.0℃）多年冻土和季节冻土的面积增加,冻土南界将显著北移.冻土环境的变化,将给东北寒区工程设施和生态环境带来重要影响.减少或避免人为地改变冻土赋存条件,是保护冻土环境较可行的途径.     

中国气候变化区划（1961-2010年）

气候条件是人类生存与发展的重要基础,亦是经济与社会可持续发展的重要影响因素.应对气候变化已成为世界各国政要、科学家、政府和公众高度关注的全球性问题.现行的中国气候区划均是以不同气候要素指标的多年均值为基础的,旨在表征气候状态的区域差异.然而在气候变化速率不断加快的今天,已有的气候区划并不能表达气候变化的区域差异,也不能反映由气候变化所带来的灾害与环境风险.本文利用1961-2010年气温和降水量的变化趋势值、波动特征值定量识别气候变化,结合中国地形特点,以县级行政区划为单元,完成了中国气候变化区划（1961-2010年）.一级区划根据气温和降水量的变化趋势将中国气候变化（1961-2010年）划分为5个变化趋势带,即东北-华北暖干趋势带、华东-华中湿暖趋势带、西南-华南干暖趋势带、藏东南-西南湿暖趋势带以及西北-青藏高原暖湿趋势带;二级区划根据气温和降水量的波动特征,在一级区划基础上划分为14个波动特征区.     

2006～2010年云南东部地区磁偏角变化特征

利用2006～2010年云南东部地区9期地磁三分量观测资料,经过日变改正、长期变化改正消除地磁场的日变化及长期变化影响,计算各期地磁内源场的曲面样条模型并剥离出地磁异常场分布,求解相邻两期地磁异常场差异获取地磁异常场的变化,并对磁异常场中磁偏角分布的变化进行了描述.     

2018～2022年甘东南地区岩石圈磁场时空变化特征

利用2018～2022年流动地磁场三分量矢量数据,结合甘东南地区活动构造的特征分析了四期岩石圈磁场的年变化特征。研究结果显示：2018～2021年岩石圈磁场水平矢量在华南块体与巴颜喀拉块体和柴达木块体交汇区域以及柴达木块体内部的东昆仑断裂带东段北东向区域有转向、对冲及幅值减小的异常变化,岩石圈磁场磁偏角、总强度、垂直强度也有高梯度带或者明显的正负分区现象;2021～2022年岩石圈磁场模量整体减小,依据磁场与应力的关系可以推断2021～2022年甘东南地区应力处于加载状态,岩石圈磁异常区域迁移至西秦岭北缘断裂带西段至东昆仑断裂带东段之间,该地区地震危险性增强,应重点关注。     

全球变暖背景下东亚气候变化的最新情景预测

在最新的SRES A2和B2温室气体排放情景下,利用国际上7个气候模式针对未来全球变暖的数值模拟结果,本文着重分析了东亚区域气候21世纪的变化趋势. 研究揭示：中国大陆年均表面气温升高过程与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,且表现出明显的年际变化;全球年均表面气温增幅纬向上大体呈带状分布,两极地区最为明显,并在北极地区达到最大;此外,21世纪后半段北半球高纬度地区的年平均强升温幅度主要来自于冬季增温. 在21世纪前50年,温室气体含量的增加除在一定程度上会增加青藏高原大部分夏季降水量外,不会对中国大陆其余地区的年、季节平均降水量产生较大影响;但持续的温室气体含量增加将最终导致大陆降水量几乎是全域性的增加.     

中国东部春季土壤湿度的时空变化特征

利用中国气象局提供的土壤湿度观测资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-40土壤湿度再分析资料,在仔细比较分析两套资料的基础上,研究了100°E以东中国春季土壤湿度的空间分布特征及其在不同时间尺度上的变化特征,结果表明ERA-40资料能很好的再现中国东部春季土壤湿度的时空变化特征,较好地反映出了中国春季土壤存在东北和西南湿、华北和内蒙古干的地理分布及其年际变化．在整个中国东部地区,春季土壤存在不同程度上的干旱化现象;其中西南地区土壤从浅层到深层都存在—致的变干趋势,20世纪80年代后这种变干趋势变得显著;在东部中纬度地区,浅层土壤湿度具有明显的年际变化特征,没有明显的干化趋势,但深层土壤湿度从1988年以后存在较为明显的干化现象;东北地区浅层和深层土壤也存在较明显的变干趋势,其中浅层土壤在20世纪70年代初以后变干趋势减缓,而深层土壤在70年代末以后的变干趋势加剧．     

1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.     

中国境内各阶非偶极子磁场的时空变化

为了研究中国境内各阶非偶极子(ND)磁场,通过最新的地磁场模型CALS10K.1b计算了10000 BC—AD 1990年ND磁场在中国境内的时空及能量变化;2²,2³和2⁴极子磁场零值线主要呈现出从我国中北部向东南部移动,从北部向东部移动,以及从东南部向西北部移动的趋势;除了2⁶极子磁场,其余ND磁场在1500年以后均有“翘尾”现象,其所占主磁场的比值在10000 BC—AD 1500年呈震荡变化,从1500年开始快速上升;除了2²极子磁场,其它各阶ND磁场能量随时间变化的趋势基本一致. 在5650 BC年左右,各阶ND磁场能量值均出现高值并随阶数的增大而衰减,反映了在该时间点通过地核发电机产生的磁场能量随径向距离而近似线性衰减,地磁场能量主要源自地球液态外核. 将CALS10K.1b模型结果与IGRF11模型对比后,得出CALS10K.1b模型所计算的ND磁场及能量值较为可靠,而两者差异主要源于数据和建模方法的不同.     

中国东北地区地震活动的动力背景及其时空特征分析

本文根据日本海沟、 西太平洋板块俯冲与中国东北地区深源地震的关系、 中国东北地区深源地震的平均震源机制结果以及日本海沟强震与中国东北地区浅源地震的关联性, 概述了中国东北地区地震活动的动力背景, 说明中国东北地区的深源地震与西太平洋板块俯冲具有成因上的联系, 中国东北深震是西太平洋板块高速度、 小倾角向欧亚大陆下俯冲的结果。 中国东北地区深源地震、 浅源地震的时空分布以及依据浅源地震的分期统计资料表明, 中国东北地区浅源地震经历了5个活动周期, 每个活动周期浅源地震的时空分布具有个性差异, 在此基础上, 分析了浅源地震每个活动周期结束地震时空分布特征, 发现每个活动周期结束地震前均经历了平均约4.19年的长时间平静, 结束地震以成对地震为主要表现形式。     

太湖平原高度城镇化下降雨特征时空变化研究

随着人类活动和气候变化影响的加剧,降雨特征变化引发的洪水问题日益突出,探讨其时空演变特征对保障高度城镇化地区洪涝安全有较大理论和实际意义.本研究以高度城镇化的太湖平原地区为例,选取降雨强度、降雨历时、降雨集中程度和降雨峰值程度为降雨类型特征指标,以高分辨率短历时加权集合降水资料MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)为基础探讨了快速城市化发展下(1979—2016年)不同降雨历时—强度—类型的时空演变规律及其演变机制.研究结果表明：(1)研究区的降雨频次呈现出强度小、历时短、雨量集中于中期和高峰型降雨发生的频次高的特征;同时历时较短、集中于前期和后期的降雨频次趋于增加,而历时较长、集中于中期且中峰型降雨的频次趋于减少.(2)城镇化对降雨雨型的影响分析发现,高城镇化水平地区较低城镇化水平地区的降雨量更大,其中降雨强度大于25 mm/d的大雨和暴雨事件更易发生;并且更倾向于发生前期型和高峰型的极端分布降雨.随着城镇化发展研究区更易于遭受因降雨量过于集中而导致的雨涝灾害.     

全球变暖背景下中国森林春季木质部物候提前的模拟证据

植被物候对当前和未来全球气候变暖的响应,直接影响森林生态系统初级生产力的变化.然而,由于树木木质部物候的监测数据十分稀少,学界较少关注树木木质部物候的变化,这阻碍了对森林大空间尺度碳收支的评估和预测.本研究使用基于生理生态过程的树轮生长模型(Vaganov-Shashkin模型)模拟1962～2016年中国森林站点春季树木木质部物候(木质部生长季开始时间)的时空变化.使用实测树轮宽度序列(70条)对树轮生长模型模拟结果进行校正,校正后的模拟结果与已有独立的微树芯监测结果显著相关.模拟结果发现,全球变暖背景下春季木质部物候在1962～2016年期间显著提前,其提前速率在20世纪90年代后显著增快,平均每年提前0.25天.生长季前的日均温与大多数站点(71%)的生长季开始时间显著相关,表明其可能是中国树轮站点春季木质部物候的主要气候驱动因子.春季增暖的气温允许树木生长的热量需求更早达到,因此导致春季木质部物候显著提前.生长季前日均温每升高1℃,春季物候提前6～7天,这将有益于偏冷湿环境下树木的径向生长.模拟的春季树木木质部物候与遥感物候间存在显著正相关,表明全球增暖背景下树木初生生长和次生...     

基于物候记录的中国中部关中地区公元600～902年冬半年温度重建

历史文献中的物候记录是揭示气候变化的重要证据.本文从隋唐时期历史文献中提取出周期性气象、水文事件(如初霜日期等)、农业物候记录(如春耕日期等)和观赏植物物候记录(如山桃始花等)等77个年份的87条历史物候记录.通过建立现代物候期与气温的转换方程,并代入上述历史物候期,重建了中国中部关中地区公元600~902年的冬半年(10月至次年4月)温度变化.关中地区600~902年气候可划分为前暖后冷等2个阶段,这一时期冬半年平均温度比1961~1990年高0.23℃.其中,600~800年冬半年温度比现代高0.38℃,而800~902年比现代低0.08℃.上述重建结果与已有研究在整个时段内的平均温度和由暖转寒的阶段相一致,在各阶段的冷、暖程度上存在一定差异.本研究为进一步了解中国隋唐时期的温度变化提供了参考.     

1951～1997年中国西北地区积雪水资源的变化

采用美国宇航局微波候积雪深度连续 1 0a观测结果与地面气象台站积雪观测记录相结合 ,估算出西北地区季节积雪水贮量 ,揭示出它的空间分布 ,季节变化与年际波动特征 .研究结果表明 ,季节积雪是西北干旱区重要淡水资源 ,冬季积雪鼎盛时期平均积雪水贮量达 36 1 .0× 1 0 8m³ ,相当于该区地表年径流总量的 38.2 % .近来引起学术界广泛关注的有关全球变暖导致北半球大陆积雪自 1 987年以来显著减少 ,春季积雪提前消失并造成土壤干旱化的现象 ,在新疆地区并不存在 .相反 ,近 5 0a来 ,新疆年积雪日数 ,消融期积雪日数和年累积雪深分别增加了 8.9d、1 .6d和2 0 8cm .积雪的增加与冬季降水量的增加相一致 .     

变化环境下近60年西江流域径流时空演变特征

气候变化叠加人类活动的双重影响下,西江流域的河川径流发生了不同程度的改变,重新认识和掌握变化环境下的径流时空演变规律对流域的科学管理具有重要意义。基于西江流域干支流7个控制性水文站近60年的日径流资料,综合极点对称模态分解法(ESMD)、Mann-Kendall检验、R/S分析、小波分析等方法,从年代、年、季和年内多个时间尺度对径流的时空演变特征进行分析,研究结果表明:年代尺度下,西江流域径流丰枯交替、变化悬殊,1970s与1990s径流丰沛,2010s径流偏枯,降雨影响着径流的丰枯变化,流域上、中游更易发生干旱与洪涝灾害;春、夏、秋、冬季径流振荡周期依次为2～7、15～20、28～29 a,3～5、7～10、20 a,2～3、6～8、12～15 a和3～8、12～15、20 a,均呈现年际与年代的双重周期特征,IMF1的年际振荡在径流变化中占主导地位;受降雨与水库调蓄作用的影响,年、夏、秋季径流呈下降趋势,预测下降变化具有持续性,春、冬季径流整体呈上升趋势。空间内上游的变化趋势更显著;年和季尺度径流在1980年后突变增多,尤其集中于2000—2010年间,人类活动与气候变化是造成西江...     

1985～2010年《中国地震》载文被引分析

以中国知网(CNKI)“中国引文数据库”为数据来源,系统地统计了1985～2010年《中国地震》载文的被引状况.结果显示,26年间《中国地震》载文的平均被引率76％,总被引频次8279次,载文的篇均被引频次5.5次,被引论文的篇均被引频次7.3次;共有414种期刊引证,总引证频次6191次,引证频次排名前6位的均为中文核心期刊;被引论文的资助基金共有46种,被引频次累计4375次,地震科学联合基金论文、国家自然科学基金论文及国家重点基础研究发展计划论文被引频次最高,在被引基金论文中分别占38.6％、21.8％、16.2％;“地震预测新途径的探索”是被引频次最高的论文;1985～2010年《中国地震》h指数为32.     

中国大陆西部强震前超低频磁场时空变化特征

对2015年至2019年期间中国大陆西部的磁通门磁力仪秒采样观测资料开展了5—100 s频段的地磁垂直强度极化分析,并运用一些数学方法对分析结果进行了处理.结果显示,极化高值在经向和纬向均无明显的形态和幅值变化,且极化高值与地磁外源场扰动无关.在此基础上筛选出18次极化高值异常事件,利用插值方法得到了极化高值异常的空间...